近日，中國科學院科技戰略咨詢研究院聯合中國科學院大數據挖掘與知識管理重點實驗室針對我國科創典型案例進行調研時，遴選了高鐵復興號、北斗衛星導航系統、C919大飛機、方太集成烹飪中心、OPPO折疊屏手機、比亞迪新能源汽車等12項“科創新名片”產品。這些產品幾乎是創新驅動中國制造邁向高端的突破性成果。
中國要從制造大國走向制造強國，創新驅動，設計要先行。設計是制造業發展的基礎，沒有先進的設計支撐，就沒有先進的制造業。創新是設計的靈魂，通過創新設計，研發出具有新功能、新原理、新結構、新材料、新工藝的高端裝備，是裝備制造企業競爭取勝的重要手段，已成為高端裝備制造業發展的必然趨勢，也是促進我國從制造大國向制造強國轉變的必由之路。
2022年，我國制造業增加值占全球比重近30%，制造業規模已經連續13年居世界首位。目前，中國制造業正在逐步實現由依靠“勞動力密集的制造業”轉變為依靠“創新設計”和“智能制造”多輪驅動的發展模式，創新設計已經成為引領中國制造由“跟蹤模仿”到“引領跨越”轉變的關鍵之一。中國政府和企業也逐漸意識到創新設計在推動制造業發展中的重要支撐作用。
創新設計是創新理念與設計實踐的結合，是一種利用人類已有的相關科技成果進行創新構思的實踐活動。一般設計也存在創新，沒有創新的設計不是真正意義的設計。但與一般設計相比，創新設計強調在新原理、新功能、新機構、新結構、新外觀、新材料或新工藝等一個或多個創新要素方面與原產品有著本質的變化，能夠滿足用戶或市場的新需求，并在市場競爭中取勝。
發達國家的制造企業往往具有一流的創新設計能力。例如美國通用電氣公司(GE)創造的無數個“世界第一”便與其強大的創新設計能力分不開，其不僅注重市場導向下的創新設計，也關注綠色生態化的創新設計，形成了GE的“綠色創想”戰略。
近年來，我國在高端裝備制造領域也取得了重要進展與突破，創新設計的相關方法與技術逐漸得到廣泛應用，并成為解決高、精、尖復雜裝備制造難題的核心技術之一。許多知名企業與科研院所在航空航天裝備、盾構掘進裝備、深海探測裝備、軌道交通裝備等一系列高、精、尖復雜裝備設計研發中取得了重要成果。例如，我們大家熟知的國之重器——“中國天眼”FAST射電望遠鏡，就是我國高端裝備制造領域取得的典型創新成果之一。FAST射電望遠鏡是我國具有自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡，反射與接收面積約25萬平方米，相當于30個標準足球場。研發團隊通過突破原有的饋源艙剛性支撐模式，提出柔性并聯驅動輕量化支撐模式，將掃描天區范圍擴大2倍，達到40度天頂角，同時大大減輕饋源支撐系統質量，再結合超大跨度柔性并聯索精確定位定姿與高性能電磁屏蔽等技術創新，使得FAST的綜合性能達到了美國著名的300米射電望遠鏡阿雷西博的十倍。
同樣，在與我們生活密切相關的家用電器領域也不斷涌現出一系列具有市場競爭力的創新產品，例如，方太通過創新引入航天同源科技構建了云騰智驅引擎技術，基于動力增壓、整流降噪、智能巡航三大核心技術研發，實現了對“空間限制與動力需求”“風量與噪音”“標準產品與復雜用戶環境”三大矛盾的協調平衡，以航天理論和創新科技突破傳統技術的瓶頸，為中國廚房提供了集成烹飪中心這樣的美好生活廚電產品。方太集成烹飪中心的設計也同樣汲取了中國空間站的設計建構靈感。在設計之初就整體規劃了水、電、氣、煙、信號的互通與和諧共處，對核心部件的功能協調、是否重復占用空間、工業美學設計等多個難點進行各個攻破，最終達成功能、專業、空間、美學、智慧等多個維度的全面協調。
但是，我們也應該看到，目前我國在復雜裝備、高端裝備的設計方面仍以仿制為主，缺乏核心技術，究其本質還是在于創新設計的理論方法基礎尚且薄弱，這也是導致我國復雜裝備創新設計能力缺乏，國產裝備與發達國家的裝備(尤其是高端裝備)在性能、質量、可靠性等方面存在較大差距的一個重要內在原因。創新設計理論方法研究是復雜裝備自主設計的先導，是裝備原始創新的源泉。創新設計有別于一般的設計，有其自身的知識體系、內在邏輯及科學問題。長期以來，由于缺乏對創新設計的基礎科學問題和理論方法與技術體系的研究，我國復雜裝備創新設計往往停留在理念、技法甚至口號層面，難以形成適合中國企業特點、具有可操作性的創新設計理論、方法、技術與工具。
我們課題組曾經系統調研過創新設計基礎研究的國內外現狀，通過調研分析發現，美國、日本、德國等發達國家普遍重視創新設計基礎研究，相關的研究課題數量較多，資助力度較大;相比之下，我國的創新設計基礎研究涉及的廣度、深度和資助力度還有待進一步提升。同時，為掌握我國裝備制造業企業創新設計能力現狀及對應用創新設計基礎理論方法的需求，我們課題組前往多個典型制造企業，針對創新設計的發展現狀進行了實地調研。通過調研發現，我國裝備典型制造企業在創新設計方面普遍存在缺乏產品創新設計方法學的指導、多領域耦合與多學科協同的產品創新技術偏弱、面向創新設計的知識庫構建與大數據分析能力不足、支撐產品創新設計的數字化智能化工具集研發偏弱、創新設計專業人才嚴重缺乏等問題。
從“制造大國”到“制造強國”的發展轉變，對我國裝備制造業，特別是高端裝備制造的產品創新設計能力提出了更高的要求。縱觀典型制造企業產品設計不同階段，創新設計基礎理論、創新設計關鍵技術以及創新設計專業人才始終是產品創新設計的重要依托。因此，要提升我國裝備制造業的創新能力，主要需要在以下三個著力點持續發力。
(1)加強創新設計基礎理論研究。產品的發展離不開全生命周期的創新設計，涉及產品的需求、功能、結構、物理、工藝、工業、市場等七個方面。需要從創新設計認識論、方法學與工具集三個層次入手，突破創新設計的認知機理與思維規律層次模型，在創新設計中概念形成與知識表達傳遞理論，創新設計功能、機構與結構的關聯映射，創新設計復雜性分析、沖突分析與問題求解，創新設計成本分析、價值和人文分析等復雜裝備創新設計基礎研究共性科學問題。
(2)加強創新設計關鍵技術研究。我國的產品設計從最初的仿制設計，到后來的逆向設計，長期都處于跟蹤模仿的階段。要真正創新設計，必須首先要正向設計：包括設計概念正向生成、設計信息正向傳播、設計性能正向預測。從概念形成、概念設計、功能設計、整機設計、布局設計、結構設計、裝配設計、性能設計、精度設計、工藝設計，實現正向設計全過程的創新，只有這樣才有可能實現真正的創新設計。基于技術創新、商業創新、人本創新、文化創新的深度融合，全面推進創新設計技術的發展。我們課題組調研的企業——方太，所處行業被認為是最不容易發生創新的，但此次入選“科創新名片”的方太集成烹飪中心，歷經20000次的摩擦實驗后，凝結超過3700件技術專利和自由懸停、阻抗復合降噪風道、多維蒸汽繞流技術、高溫濕度傳感器等12項行業首創技術來支撐起創新，才誕生出一款集專業級煙、灶、蒸、烤等烹飪功能為一體的集成廚電產品，帶來了我國高端廚房生活的新展望。其中，為了克服在有限空間內實現極致性能的矛盾難題，方太開發了全新的穩壓腔設計——利用升降結構，在風機進口前端巧妙地布置了穩壓腔，穩定氣壓波動、減少湍流脈動，讓氣流有序地進入風機，發揮更高性能，突破傳統歐式機的性能界限，在追求尺寸超薄的同時，實現了最大風量。
(3)加強創新設計專業人才培養。需要制定我國制造業創新設計發展的產業政策，加快構建以企業為主體、市場為導向、產教研學用協同的創新人才培養機制;發展各類創新設計教育，構建創新設計人才培養體系，在基礎教育、職業教育、高等教育、繼續教育等各層次開展創新設計教育及人才培養，拓寬現有專業培養方案，重點培養創新設計基礎研究和應用研究方面的專業人才。高校，特別是高水平研究型大學作為創新設計人才培養的高地，應積極主動地謀劃和探索創新人才培養方式，把高校多學科交叉的優勢轉化為創新人才培養的優勢，加大創新能力、創新精神的培養力度，培養高水平復合型創新人才。
展望未來，大模型驅動的創新設計，將是創新設計發展的重要趨勢之一。將大模型與產品設計有機融合，利用大模型對海量設計知識的強擬合、泛化和推理能力，輔助產品創新設計更高效地利用新知識、新技術，跳出依賴專家知識的設計思維定式，解決設計過程中繁雜設計參數選取困難、產品設計性能難以預測、客戶需求模糊等問題，提高產品設計的效率，設計出具有新穎性、創造性和實用性的新產品。當前，國內外大模型的應用主要集中于互聯網、金融、醫療、教育與軟件開發等方面，基于大模型的產品創新設計研究仍處于起步階段。未來我們可以期待，通過構建產品創新設計的領域大模型來提升高端裝備創新設計專業化需求的響應能力，必將強力助推我國由“制造大國”向“制造強國”的發展轉變。